Saneamento Urbano II TH053

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1 Universidade Federal do Paraná Arquitetura e Urbanismo Saneamento Urbano II TH053 Parâmetros de Qualidade de Água para a Potabilização & Sistemas de Tratamento Profª Heloise G. Knapik 1

2 Concepção de um Sistema de Abastecimento de Água Consumo de Água Projeção Populacional

3 CONCEPÇÃO DE SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA

4 CAPTAÇÃO DE ÁGUA Condições para a captação: Quantidade de água Qualidade da água Garantia de funcionamento Economia das instalações Localização 4

5 CONCEPÇÃO DE SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA - ALTERNATIVAS Fator de comparação A B C Custo de implantação da tomada d água * *** ** Número de equipamentos exigindo manutenção * * *** Custo de aquisição das bombas ** * *** Custo de energia elétrica ** * *** Custo de implantação da adutora *** ** * Custo de implantação do tratamento *** ** * Consumo de produtos químicos no tratamento *** ** * Geração de resíduos (lodo) no tratamento *** ** * Riscos potenciais devido a microrganismos *** ** * Riscos devido a substâncias químicas *** ** * Riscos devido à algas tóxicas * *** * Impactos ambientais da exploração ** *** * * Mais vantajosa ** Intermediária *** Menos vantajosa 5

6 IMPUREZAS ENCONTRADAS NA ÁGUA Características químicas: Inorgânicas e Orgânicas Características físicas: Suspensão, estado coloidal ou dissolvido Características biológicas: Patogênicos ou não Implica em diferentes processos de tratamento

7 PADRÕES DE POTABILIDADE Portaria nº 518 Ministério da Saúde 25/04/2004 Estabelecia os procedimentos e responsabilidades relativos ao controle e vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade. Portaria nº Ministério da Saúde 14/12/2011 Dispõe sobre os procedimentos de controle e de vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade.

8 PADRÕES DE POTABILIDADE Valores de referência para os parâmetros mais representativos da qualidade de uma água para que seja considerada adequada ao consumo humano. Exemplos: Redução da turbidez Redução de TOC (carbono orgânico total) formação de THMs Controle da qualidade no sistema de distribuição Monitoramento dos subprodutos da corrosão

9 PARÂMETROS FÍSICOS DE Q.A. - POTABILIZAÇÃO Cor Turbidez Sabor e odor Substâncias minerais e orgânicas dissolvidas, coloidais, em suspensão e gasosas. Formação de THM, aparência, aceitação

10 PARÂMETROS FÍSICOS DE Q.A. - POTABILIZAÇÃO Cor Turbidez Sabor e odor?

11 DETERMINAÇÃO DE SABOR E ODOR

12 DETERMINAÇÃO DE SABOR E ODOR Padrões de cheiro para treinar e capacitar os avaliadores: Cheiro medicinal (preparado com 2,6 ciclorofenol) Cheiro terroso e a peixe (solução de geosmina 2 g/l) Cheiro de mofo (2-metilsoborneol) Cheiro de ovos podres (sulfeto de hidrogênio) Cheiro a cloro (1 mg/l) Padrões para sabor: Sabor sal ( 1g/L de cloreto de sódio) Sabor doce (10 g/l de sacarose) Sabor amargo (1 /L de cafeína) Sabor ácido (1 ml/l de ácido cítrico) Sabor de mofo (2-metil isoborneol) Sabor de terra e peixe (geosmina) Sabor medicinal (2-6 diclorofenol)

13 DETERMINAÇÃO DE SABOR E ODOR Primeiro determina-se o odor, seguido do sabor Comparação de resultados de diferentes analistas Identificação analítica para a origem dos resultados da análise sensorial

14 PARÂMETROS QUÍMICOS DE Q.A. - POTABILIZAÇÃO ph Alcalinidade Acidez Dureza Cloretos, sulfatos e sólidos totais Ferro e manganês Compostos emergentes

15 PARÂMETROS QUÍMICOS DE Q.A. - POTABILIZAÇÃO Compostos emergentes Potencialmente tóxicos Efeitos sobre gerações Usados há tempo ou descobertos recentemente Não regulamentados Concentrações baixas (µg L -1 a ng L -1 ) Relacionados com despejos domésticos Incluem diversas substâncias: remédios, produtos de limpeza, hormônios

16 PARÂMETROS BIOLÓGICOS DE Q.A. - POTABILIZAÇÃO Bactérias Algas Indicadores da presença de esgotos e matéria orgânica. Dificultam e encarecem o tratamento da água. Risco de doenças de veiculação hídrica

17 MICRORGANISMOS INDICADORES Coliformes totais Coliformes fecais ou termotolerantes Contagem de bactérias heterotróficas

18 ETAPAS DO TRATAMENTO DE ÁGUA

19 ETAPAS TRATAMENTO CONVENCIONAL DE ÁGUA Fonte: Introdução à Engenharia Ambiental (Vesilind & Morgan, 2015)

20 ETA MIRINGUAVA, PR

21 ETAPAS TRATAMENTO CONVENCIONAL DE ÁGUA Manancial Coagulação Agente oxidante CAP (Carvão ativado em pó) Coagulante Alcalinizante Agente oxidante Floculação Polímero Sedimentação Filtração Polímero / Agente oxidante Desinfecção Agente oxidante Fluoretação Correção de ph Alcalinizante Flúor Água final

22 ETAPAS DO TRATAMENTO CONVENCIONAL Coagulação: Adição de coagulante para desestabilizar as partículas (mistura rápida na água bruta) Floculação: Formação de flocos (mistura lenta em tanques específicos) Decantação: Remoção dos flocos via força da gravidade (processo lento) Flotação: Remoção superficial dos flocos (processo com aeração forçada)

23 COAGULAÇÃO 23

24 INJEÇÃO DE COAGULAÇÃO ETA GUARAÚ, SP Vazão: 33 m³/s

25 INJEÇÃO DE COAGULAÇÃO ETA MIRINGUAVA, PR Vazão: 898 L/s

26 FLOCULAÇÃO AGITADORES MECANIZADOS

27 FLOCULAÇÃO DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS

28 FLOCULAÇÃO DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS

29 TANQUES DE FLOCULAÇÃO ETA MIRINGUAVA, PR

30 TIPOS DE DECANTADORES Decantador convencional Decantador de fluxo laminar

31 DECANTADOR CONVENCIONAL

32 DECANTADOR CONVENCIONAL

33 DECANTADOR CONVENCIONAL

34 DECANTADOR DE FLUXO LAMINAR

35 ETAPAS TRATAMENTO CONVENCIONAL DE ÁGUA Manancial Coagulação Agente oxidante CAP (Carvão ativado em pó) Coagulante Alcalinizante Agente oxidante Floculação Polímero Flotação Sedimentação Filtração Polímero / Agente oxidante Desinfecção Agente oxidante Fluoretação Flúor Correção de ph Alcalinizante Água final

36 FLOTAÇÃO Esquema de funcionamento de um sistema de flotação a ar dissolvido Fonte:

37

38 TANQUES DE FLOTAÇÃO

39 TANQUES DE FLOTAÇÃO Mecanismos de remoção de lodo: Raspagem superficial: Operação e manutenção mais complexa Economia de água

40 ETAPAS DO TRATAMENTO CONVENCIONAL Coagulação: Adição de coagulante para desestabilizar as partículas (mistura rápida na água bruta) 1 a 5 minutos Floculação: Formação de flocos (mistura lenta em tanques específicos) 20 a 30 minutos (hidráulico) ou 30 a 40 minutos (mecânico) Decantação: Remoção dos flocos via força da gravidade (processo lento) 2 a 4 horas (TAS de até 50 m³/m².dia) Flotação: Remoção superficial dos flocos (processo com aeração forçada) 5 a 20 minutos (TAS de 120 a 300 m³/m².dia)

41 ETAPAS TRATAMENTO CONVENCIONAL DE ÁGUA Manancial Coagulação Agente oxidante CAP (Carvão ativado em pó) Coagulante Alcalinizante Agente oxidante Floculação Polímero Flotação Sedimentação Filtração Polímero / Agente oxidante Desinfecção Agente oxidante Fluoretação Flúor Correção de ph Alcalinizante Água final

42 FILTRAÇÃO - DEFINIÇÃO Remoção de partículas suspensas e coloidais e de microrganismos presentes na água, através da passagem dessa água por um meio poroso geralmente constituído de partículas de areia com diferentes granulometrias Com relação à taxa de filtração: Lenta: baixa taxa de filtração Rápida: alta taxa de filtração Com relação ao sentido do fluxo: Ascendente Descendente Com relação ao meio filtrante: Simples Múltiplas camadas Com relação ao projeto e operação da ETA Convencional (ciclo completo) Direta

43 FILTRAÇÃO LENTA Filtro lento com duas unidades em paralelo

44 Filtro rápido FILTRAÇÃO RÁPIDA

45 ETAPAS DO TRATAMENTO CONVENCIONAL Coagulação: Adição de coagulante para desestabilizar as partículas (mistura rápida na água bruta) 1 a 5 minutos Floculação: Formação de flocos (mistura lenta em tanques específicos) 20 a 30 minutos (hidráulico) ou 30 a 40 minutos (mecânico) Decantação: Flotação: Remoção dos flocos via força da gravidade (processo lento) 2 a 4 horas (TAS de até 50 m³/m².dia) Remoção superficial dos flocos (processo com aeração forçada) 5 a 20 minutos (TAS de 120 a 300 m³/m².dia) Filtração: Lenta: TAS de 1 a 7,5 m³/m².dia (carreira de filtração de 20 a 60 dias) Rápido: TAS de 120 a 480 m³/m².dia (carreira de filtração de 1 a 3 dias)

46 ETAPAS TRATAMENTO CONVENCIONAL DE ÁGUA Manancial Coagulação Agente oxidante CAP (Carvão ativado em pó) Coagulante Alcalinizante Agente oxidante Floculação Polímero Flotação Sedimentação Filtração Polímero / Agente oxidante Desinfecção Agente oxidante Fluoretação Flúor Correção de ph Alcalinizante Água final

47 DESINFECÇÃO - OBJETIVOS Eliminar, de modo econômico, os microrganismos patogênicos presentes na fase líquida. Caráter corretivo: Eliminação de organismos patogênicos (bactérias, protozoários, vírus) Caráter preventivo: Manter um residual para casos de eventual contaminação na rede de distribuição

48 AGENTES DESINFETANTES Agentes físicos Temperatura Radiação Filtração Agentes químicos Fenóis Álcoois Halogênios Metais pesados Ácidos e bases Destruição da estrutura celular Alteração da permeabilidade celular Inibição do metabolismo com inativação de enzimas Alterações das moléculas de proteínas e de ácidos nucléicos

49 PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DE AGENTES DESINFETANTES Destruírem, em tempo razoável, os organismos patogênicos Solubilidade e Estabilidade Não serem tóxicos ao ser humano e animais Não causarem odor e sabor na água nas dosagens usuais Ausência de combinação com material orgânico estranho

50 PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DE AGENTES DESINFETANTES Apresentar toxicidade para os microrganismos em temperatura ambiente Ausência de poderes corrosivos e tintoriais Disponibilidade e custo acessível Produzirem residual persistente na água Terem a sua concentração na água determinada de forma rápida e precisa por meio de método simples

51 EFICÁCIA DO PROCESSO DE DESINFECÇÃO Tempo de contato com a água Dosagem Tipo de agente químico Intensidade e natureza do agente físico usado como desinfetante Tipo de organismos

52 Taxa de mortalidade por habitantes SUBPRODUTOS DA DESINFECÇÃO Início do processo de cloração Identificação dos DBP s Protozoários resistentes a ação dos agentes desinfetantes convencionais Ano Taxa de mortalidade de febre tifóide nos Estados Unidos da América Fonte: Jacangelo, M. (2001)

53 FORMAS DE APLICAÇÃO DOS DESINFETANTES Cloro livre, cloro combinado e o dióxido de cloro Tanques de contato (com chincanas ou em serpentinas)

54 FORMAS DE APLICAÇÃO DOS DESINFETANTES Ozônio Luz UV Borbulhamento em câmaras Reatores específicos (tempo de contato muito curto)

55 ETAPAS TRATAMENTO CONVENCIONAL DE ÁGUA Manancial Coagulação Agente oxidante CAP (Carvão ativado em pó) Coagulante Alcalinizante Agente oxidante Floculação Polímero Flotação Sedimentação Filtração Polímero / Agente oxidante Desinfecção Agente oxidante Fluoretação Flúor Correção de ph Alcalinizante Água final

56 FLUORETAÇÃO - DEFINIÇÃO Etapa do tratamento de água com a finalidade de adicionar produtos com flúor necessários para a prevenção de problemas odontológicos. Argumentos favoráveis à aplicação: Argumentos desfavoráveis à aplicação: Indicação de redução de 60 a 70% da incidência de cáries em crianças Forma de atingir a população mais carente, com difícil acesso a dentistas, boa alimentação e informação Dosagem controlada evita a incidência de fluorose Flúor afeta o sistema digestivo, cardiovascular, respiratório e nervoso Flúor pode provocar fluorose óssea, sendo possível indutor de câncer ósseo

57 FLUORETAÇÃO

58 ETAPAS TRATAMENTO CONVENCIONAL DE ÁGUA Manancial Coagulação Agente oxidante CAP (Carvão ativado em pó) Coagulante Alcalinizante Agente oxidante Floculação Polímero Flotação Sedimentação Filtração Polímero / Agente oxidante Desinfecção Agente oxidante Fluoretação Flúor Correção de ph Alcalinizante Água final

59 ESTABILIZAÇÃO QUÍMICA Para controle da corrosão e da incrustação da água nas tubulações, concreto, etc. Trata-se de uma preocupação econômica com a integridade das instalações domiciliares e do sistema de distribuição

60 PROCESSOS AVANÇADOS REMOÇÃO POR MEMBRANAS

61 PROCESSOS DE SEPARAÇÃO POR MEMBRANAS Utilização de membranas semipermeáveis para separação de contaminantes na água Possibilitam a separação dos seguintes contaminantes: Sólidos em suspensão, inclusive colóides Bactérias e vírus Compostos orgânicos dissolvidos Substâncias inorgânicas dissolvidas

62 PRINCIPAIS PROCESSOS DE SEPARAÇÃO POR MEMBRANAS Seleção do tipo de membrana: depende dos constituintes que serão removidos Microfiltração: Utilizado para separação de sólidos em suspensão e bactérias Ultrafiltração: Utilizado para separar sólidos em suspensão, bactérias, vírus e compostos orgânicos de elevado peso molecular Nanofiltração: Remoção de compostos orgânicos de baixo peso molecular e íons bivalentes dissolvidos Osmose reversa: Separação de espécies de baixo peso molecular

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65 PROBLEMAS NO TRATAMENTO ÁGUAS EUTROFIZADAS

66 EUTROFIZAÇÃO Proliferação de algas e macrófitas em corpos d água Resultado do aumento da concentração de nutrientes Comprometimento do uso da água para abastecimento doméstico e industrial

67 IMPACTOS SOBRE O SISTEMA DE TRATAMENTO A presença de algas na água bruta podem ocasionar problemas Operacionais Qualidade final da água tratada Potencial formação de subprodutos tóxicos (reação com oxidantes químicos) Potencial liberação de toxinas

68 IMPACTOS SOBRE O SISTEMA DE TRATAMENTO Problemas operacionais Etapa de coagulação e floculação Implica em uma maior estabilidade das partículas em suspensão Necessidade de maiores dosagens de produtos químicos Aumento do custo de tratamento

69 IMPACTOS SOBRE O SISTEMA DE TRATAMENTO Problemas operacionais Sedimentação Com menor peso específico das algas, há uma tendência de que ocorra flotação Deterioração da qualidade da água decantada Qualidade do lodo formado (maior dosagem de produtos químicos) Aumento dos custos de desidratação e disposição do lodo formado

70 IMPACTOS SOBRE O SISTEMA DE TRATAMENTO Problemas operacionais Filtração Menores carreiras de filtração devido a maior carga de material sólido Maior frequência nas operações de lavagem dos filtros Menor produtividade devido ao aumento no consumo de água de lavagem (menores carreiras de filtração)

71 IMPACTOS SOBRE O SISTEMA DE TRATAMENTO Problemas operacionais Desinfecção Aumento no consumo de agente de desinfecção Geração de maior quantidade de matéria orgânica no efluente dos filtros Maior possibilidade do desenvolvimento de gosto e odor na água

72 Impactos sobre o sistema de tratamento Problemas operacionais Distribuição Maior potencial de crescimento bacteriano em função da utilização da matéria orgânica como substrato Potencial aumento da taxa de corrosão na rede de distribuição de água devido a formação de biofilme

73 Impactos sobre o sistema de tratamento Formação de subprodutos tóxicos na desinfecção e distribuição Devido à reação entre a matéria orgânica não removida e a ação dos desinfetantes (cloro) Processo continua a ocorrer no sistema de distribuição (cloro residual)

74 Impactos sobre o sistema de tratamento Potencial liberação de toxinas Algas do tipo cianofíceas, na ocorrência de floração, liberam toxinas Essas toxinas tem ação hepatotóxicas ou neurotóxicas Durante o processo de tratamento de água, essas toxinas podem ser liberadas

75 Tratamento de água de mananciais eutrofizados Tratamento envolve atividades de manejo até a distribuição da água Evitar a proliferação de algas nos reservatórios Minimizar a entrada de algas na estação de tratamento Remover as algas presentes na água Interromper o abastecimento em casos extremos Preservar as áreas de manancial Coleta e tratamento de efluentes

76 LODO DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA

77 REMOÇÃO DO LODO Produção de lodo é função de: - Natureza físico-química da água bruta - Eficiência hidráulica das unidades de processo - Tipo e dose de coagulante aplicado 60 a 95% do lodo gerado é acumulado nos tanques de decantação

78 REMOÇÃO DO LODO Processo de remoção do lodo: Contínuo (para grandes instalações) Intermitente Manual Mecanizado Deve-se realizar a descarga e limpeza dos tanques pelo menos de 1 a 2 vezes por ano (proliferação de microrganismos)

79 ESQUEMA DE GERAÇÃO DE LODO EM ETA CONVENCIONAL

80 TANQUE PARA SEPARAÇÃO DO LODO - ETA MIRINGUAVA

81 ADENSADOR PARA SEPARAÇÃO DO LODO

82 LODO GERADO NA ETA MIRINGUAVA APÓS ADENSAMENTO

83 CARACTERÍSTICAS DO LODO DE ETAS Lodos de ETAs podem variar em função de: Qualidade da água bruta Técnica utilizada para tratar a água De como ocorre o processo de coagulação Da quantidade e dos tipos de produtos químicos utilizados durante o tratamento da água Dos locais onde foram gerados (decantador, floculador, filtros, etc) Do intervalo de limpeza dos decantadores e dos filtros

84 DISPOSIÇÃO DO LODO DE ETAS Disposição função do teor de sólidos presente: Aterros sanitários (teor de sólidos > 30%) Disposição controlada em certos tipos de solos Co-disposição com biossólidos gerados em estações de tratamento de esgotos Incineração dos resíduos Lançamento em rede coletora de esgotos Aplicações industriais diversas, tais como fabricação de tijolos ou outros materiais de construção

85 ETAPAS TRATAMENTO CONVENCIONAL DE ÁGUA Manancial Coagulação Agente oxidante CAP (Carvão ativado em pó) Coagulante Alcalinizante Agente oxidante Floculação Polímero Flotação Sedimentação Filtração Polímero / Agente oxidante Desinfecção Agente oxidante Tratamento do lodo Fluoretação Correção de ph Alcalinizante Flúor Água final

86 CUSTO RELATIVO DAS PARTES INTEGRANTES (%) EM FUNÇÃO DA POPULAÇÃO (P) Partes do sistema P < P < P P > Captação Adução Bombeamento Tratamento Reservação Distribuição Fonte: Tsutiya 2004 (dados de 1996)

87 DIMENSIONAMENTO DOS COMPONENTES DE UM SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA Qual a principal variável no dimensionamento das tubulações, estruturas e equipamentos?